Disegnare Proiezioni Newman
Finora, abbiamo visto diversi modi di disegnare molecole come la catena dritta, completamente scritta, e formati condensati. C’è ancora un altro modo di disegnare e visualizzare una molecola, chiamato proiezione Newman. Questa sezione si concentrerà sulla comprensione e sul disegno delle proiezioni di Newman
In una data molecola, gli atomi ruotano liberamente intorno a legami singoli. Questo è molto importante da ricordare per disegnare le proiezioni di Newman.
Una proiezione di Newman è un modo per prendere un’istantanea di come appare una molecola in un particolare momento nel tempo da un angolo diverso da quello a cui siamo abituati. Le proiezioni Newman si concentrano su due carboni qualsiasi e sui gruppi che si staccano da essi in una molecola, spostando la vista da cui viene visualizzata la molecola.
Quando disegnate le proiezioni Newman, guardate la molecola da una prospettiva diversa, guardando giù due degli atomi di carbonio, così potete vedere solo l’atomo di carbonio anteriore e non quello posteriore (perché è bloccato dal carbonio anteriore). Se guardi i gruppi che escono dai carboni, essi formeranno una forma a Y (spesso, ma non sempre, una Y rovesciata o una Y rovesciata).
Quando disegni le proiezioni Newman, il carbonio anteriore è indicato dal punto centrale della forma a “Y”, e il carbonio posteriore non è esplicitamente mostrato, sebbene si presuma che sia proprio dietro il carbonio anteriore.
Nella figura sopra, abbiamo ruotato il carbonio posteriore con incrementi di 60˚ per enfatizzare la rotazione libera intorno ai legami singoli, ma non è sempre necessario ruotare di 60 gradi. Inoltre, possiamo ruotare sia il carbonio anteriore che quello posteriore come vogliamo.
Quando ogni carbonio ruota, c’è una certa sovrapposizione mentre gli atomi si muovono. Questo è dovuto all’ostacolo sterico, una forza repulsiva esercitata dai sostituenti in una molecola. Essenzialmente, i grandi gruppi vogliono essere il più lontano possibile, ma in una proiezione Newman, gli atomi sono costretti a essere abbastanza vicini l’uno all’altro, quindi c’è una forza repulsiva presente. La sovrapposizione, e la differenza di energia associata a questa sovrapposizione, porta a due sottogruppi energetici di proiezioni Newman: eclissati e sfalsati.
Le conformazioni eclissate risultano in un maggiore ostacolo sterico tra due atomi rispetto alle conformazioni sfalsate a causa della vicinanza tra gli atomi. Le conformazioni eclissate sono quindi meno stabili delle conformazioni sfalsate.
Stabilità e quantità di energia sono inversamente proporzionali. Se la molecola ha un’alta stabilità, ha una minore energia; se la molecola ha una bassa stabilità, ha un’alta quantità di energia. Se ci pensi, questo ha senso. Le molecole cercano sempre di raggiungere uno stato di bassa energia, quindi se una molecola ha un’alta energia, sarà instabile perché vuole raggiungere uno stato di energia inferiore.
Le conformazioni inclinate sono più alte in energia e meno stabili delle conformazioni sfalsate.
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Staggered
Le conformazioni sfalsate sono una conformazione abbastanza stabile perché gli atomi sono distanziati per minimizzare l’ostacolo sterico. Un esempio di una conformazione sfalsata assomiglia a questo:
Ci sono altri 2 termini usati per descrivere le conformazioni sfalsate:
- Conformazione anti
- Conformazione di Gauche
Conformazione anti
La forma più stabile della proiezione di Newman è la conformazione anti. In questa forma, il più grande sostituente che si stacca dal carbonio anteriore è esattamente a 180o gradi dal più grande sostituente sul carbonio posteriore; quindi, i due più grandi sostituenti su ogni carbonio della proiezione di Newman sono il più distanti possibile l’uno dall’altro, il che porta al minor ostacolo sterico possibile. Nell’esempio usato sopra, l’anti conformazione appare come:
Conformazioni di Gaucha
Le conformazioni di Gaucha sono molecole sfalsate che hanno un certo ostacolo sterico. Mentre la conformazione anti più stabile ha i due sostituenti più grandi a 180° l’uno dall’altro, le conformazioni gauche hanno le due molecole più grandi a 60° l’una dall’altra. Queste conformazioni sono più stabili delle conformazioni eclissate (vedi la prossima sezione), ma meno stabili delle conformazioni anti, poiché è presente una certa interazione di ostacolo sterico. Guardiamo le conformazioni gauche in questa stessa molecola:
Più grandi sono i gruppi, maggiore è l’effetto gauche poiché sarebbe presente più ostacolo sterico.
2. Eclissato
Nella conformazione eclissata, i gruppi che escono dai due carboni di fuoco nella proiezione Newman interagiscono e si respingono a vicenda, creando ostacolo sterico poiché si sovrappongono direttamente tra loro. Sostituenti più grandi – come gruppi alchilici, alogeni e gruppi contenenti ossigeno, per esempio – creano più ostacoli. Più grandi sono i sostituenti, maggiore è l’ostacolo presente.
Per esempio, pensate alle 3 possibili conformazioni eclissate che potrebbe avere la seguente molecola:
Tra le possibili conformazioni eclissate, una forma è meno stabile delle altre, come mostrato dal diagramma qui sotto. Ciò è creato dalla sovrapposizione dei due più grandi sostituenti sui due carboni di fuoco per la proiezione di Newman. Nel diagramma qui sotto, i due più grandi sostituenti su ogni carbonio sono etichettati in rosa. Anche il fluoro è un atomo grande, ma non così grande come il sostituente ciclico (che è etichettato come C6H8).